Reguladores de Velocidade e Regulação Primária
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- Clara Mascarenhas Faria
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1 Reguladores de Velocidade e Regulação Primária
2 Controle de Freqüência - Aspectos Gerais Razões Principais Contínua variação da carga; Eventos não previstos (contingências; Requisito de Freqüência Constante;» Equilíbrio entre Geração e Carga a cada instante. Ações de Controle Regulação Primária ou Controle de Velocidade;» Reserva Instantânea (Girante Disponível dentro de 0 a 0 segundos. Regulação Secundária ou Controle Suplementar (CAG;» Reserva Rápida Disponível dentro de a 0 minutos. Regulação Terciária;» Reserva de Prontidão (Backup Disponível dentro de 30 a 60 minutos. Interrupção de Carga;» Automática (ERACs ou voluntária (ofertas de redução de demandas.
3 Controle de Freqüência - Regulação Primária Unidade de Geração Centro de Operação do Sistema Controle Terciário de Tensão ~ água ou vapor Válvula Turbina Despacho Econômico Pe, ω, f Sistema de Excitação Estabilizador do Sistema de Potência f Regulador Automático de Tensão Gerador Síncrono Regulador de Velocidade Controle Automático de Geração Fluxo de Intercâmbio V T ω Controle Secundário de Tensão Ref Ref Pe V P S i s t e m a d e T r a n s m i s s ã o Outros Controles (FACTS, TCs, etc. ~
4 Controle de Freqüência - Regulação Primária Resposta natural de cada unidade geradora às variações de carga Determinada pelas características do Regulador de Velocidade:» Característica descendente Estatismo (R;»Estatismo: inverso do ganho estático da malha de controle. Efetiva repartição de geração entre as máquinas; Gerador deve estar disponível para aumentar ou diminuir a geração; Carga contribui para o equilíbrio Característica de variação da carga com a freqüência (D. 3
5 Característica Estática de Freqüência: Estatismo Permanente Determina as características estáticas da malha de controle: 4
6 Controle de Velocidade de Turbinas Hidráulicas Estatismo Transitório Comportamento típico de Turbinas Hidráulicas: redução transitória de potência após abertura do distribuidor Necessidade de redução transitória do ganho da malha de controle para garantir comportamento estável; Redução transitória de ganho proporcionada pela inserção de um estatismo transitório r no projeto do regulador; Ganho inversamente proporcional ao estatismo r > R 5
7 Resposta Transitória de Turbinas Hidráulicas 6
8 Implementação do Estatismo Regulador Isócrono Não apresenta estatismo; Ilustração via implementação hidráulico-mecânica. Regulador com queda de velocidade (turbogeradores: Realimentação rígida entre servopistão e sensor de velocidade; Não apresenta estatismo transitório; Ilustração via implementação hidráulico-mecânica. Regulador com queda de velocidade transitória (turbinas hidráulicas: Realimentação flexível entre servopistão e sensor de velocidade; Amortecedor hidráulico na realimentação estatismo transitório; Ilustração via implementação hidráulico-mecânica. 7
9 Regulador de Velocidade para Turbinas a Vapor Regulador Isócrono 8
10 Regulador de Velocidade para Turbinas a Vapor Regulador com Queda de Velocidade 9
11 Regulador de Velocidade para Turbinas Hidráulicas 0
12 Regulação Primária de Sistema Isolado: Exemplo Ilustrativo Sem Regulador Desvio a um degrau de carga: f( Comentário: Desvio de freqüência é limitado apenas pela redução de carga com a queda de freqüência D Com Regulador Desvio a um degrau de carga: f ( D R Comentários: Desvio de freqüência limitado não só por D, mas também pelo inverso do estatismo permanente
13 Regulação Primária de Sistema Isolado: Exemplo sem Regulador D» Seja: Pot. Nominal > Pn 000 MW» Carga Nominal > P 000 MW» Constante de Inércia > M /6 s» Variação Carga/freqüência > D % 0. 0 P Pn 0. 0 f 000» Para um incremento de carga > Regulador Bloqueado: f ( D f ( f 0 f ( pumw 0 MW Hz.8 Hz / Hz pu
14 Regulação Primária de Sistema Isolado: Exemplo com Regulador» Seja: Pot. Nominal > Pn 000 MW» Carga Nominal > P 000 MW» Constante de Inércia > M /6 s» Variação Carga/freqüência > D /0 pumw / Hz» Estatismo > R 4 % puhz Hz R. 4 pumw pumw» Para um incremento de carga > 0 MW Hz pumw 0. 0 pu Regulação Primária: f ( D R Hz f ( f 0 f ( Hz 3
15 Regulação Primária de Sistema Isolado: Comentários sobre Exemplo com Regulador O suprimento do degrau de carga é composto de 3 componentes:» Energia tomada emprestada da energia cinética das massas girantes do sistema (Queda de velocidade;» O aumento da geração, provocado pela ação do regulador;» A redução da carga, por efeito da queda de freqüência. Assim: Pm ( f ( Mw 9.6 Mw R P ( D f ( Mw 0. 4 Mw 0 Pm ( P ( 9. 6 ( Mw 4
16 Regulação Primária de Sistema Isolado: Resposta Transitória 5
17 Duas Áreas Interligadas sem Regulação Primária 6
18 Duas Áreas Interligadas com Regulação Primária 7
19 Regulação Primária de Duas Áreas Interligadas: Comportamento Transitório - I Simplificações: Áreas iguais: M M, D D, R R ; Dinâmicas de reguladores e turbinas instantâneas (T R T C 0. Resposta de desvio de freqüência da Área a degrau de carga na mesma área. 8
20 Regulação Primária de Duas Áreas Interligadas: Comportamento Transitório - II 9
21 Regulação Primária de Duas Áreas Interligadas: Comportamento Transitório - III G (s 0
22 Regulação Primária de Duas Áreas Interligadas: Comportamento Transitório - IV G(s G (s
23 Regulação Primária de Duas Áreas Interligadas: Comportamento Transitório - V Função de Transferência G(s: R D, s M ( T s s M ( T s s M ( s ( P s F ( s G( Respostas a um degrau de carga na área, de amplitude : t M M T sen( TM e e ( ( t f M t M t φ 4 8 ϕ ζ t M M T cos e ( t P M t T 4
24 Regulação Primária Duas Áreas Interligadas Resposta Transitória de Desvio de Freqüência f ( t ( e t M e t M 8TM sen( T M 4M t φ
25 Regulação Primária Duas Áreas Interligadas Resposta Transitória de Desvio de Intercâmbio P ( t e t M ζ cos T M 4M T t ϕ
26 5 Regulação Primária Duas Áreas Interligadas Desvios de Freqüência e P T em Reg. Perm. Desvio de Freqüência face a degraus de carga e : R D R D F( Desvio de Potência de Intercâmbio: R D ( R D ( R D ( R D ( P, T
27 Regulação Primária - Sistema Multimáquinas F (Hz Num sistema multimáquinas, dada uma variação de carga, esta é absorvida por todas as unidades geradoras de acordo com a característica de regulação dos respectivos reguladores de velocidade das turbinas, que é descendente. A freqüência se estabiliza em um novo valor: F F 0 F tg α R (Hz / Mw tg α R tg α3 R 3 F F 0 F α α α3 P G0 P G P G (MW P G0 P G P G P G30 P G3 P G3 6
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